基于嵌入式ARM-Linux无线ZigBee协调器驱动设计

摘  要： 以ARM9处理器S3C2410作为嵌入式Linux的系统开发和运行平台，利用适合田间要求的无线ZigBee节点CC2430，在Linux内核中实现协调器的字符驱动，使其通过IO进行数据传输，避免了串口数据传输速率低、数据冗余性差、程序设计繁琐等缺点。详细介绍了该系统的设计和开发过程，包括网络通信协议的选取，bootloader、内核、文件系统以及驱动程序的实现和移植。
关键词： ZigBee；ARM9；CC2430；内核；移植；驱动
   　农田中大范围的环境信息监测已成为网络应用范围重点之一。针对农田布线不便的特点，ZigBee无线节点网络成为农田信息采集系统的首选，可对其所分布区域内的各种环境和检测对象的信息进行实时的监控[1]。然而，控制下层整个网络状态的核心是上位机ARM处理器，而且上位机与下位机通信大多以串口模式来实现[2-3]。但串口通信模式存在串口传输速率低(波特率双方一致)、传送距离短[4]、数据冗余差(数据校验)以及设计串口协议繁琐(帧格式)等不足。因此本文研究了ZigBee在ARM9内核中的协调器字符驱动，利用I/O传输数据，控制具有协调器驱动的设备在农田任何位置即可组网，以减少协调器的布局，实现方便快捷的动态数据监测。
1 田间监测系统的要求
　因监测节点需要零散分布在田间，以监测田间的空气和地表的温度，因此，田间监测系统所需要的技术指标应满足：(1)低功耗。田间采电受到布线限制，因此节点模块的耗电量应尽可能低。(2)低成本。田间需要大量布局节点，投资成本成为广泛实施的制约因素。(3)低复杂度和高可靠性。田间节点开发设备应采用结构简单、采集数据尽可能精确又廉价的设计。综合上述特点，ZigBee可以作为田间无线协议首选。
　ZigBee协议是基于IEEE802.15.4标准的低功耗、低速率、低复杂度的双向通信技术。它可工作在国际上免授权的2.4 GHz，具有250 Kb/s的最高数据传输速率和10~75 m的可靠传输距离。ZigBee支持星型、树型、对等和混合型网络拓扑结构，网络中的从设备高达254个。根据如图1所示的节点在网络分布的特点，节点在网络中可实现多条数据链路通信，以选择最佳的路径进行传输，提高了网络通信的可靠性。
   
   　协调器是整个网络的核心部分，负责完成整个网络的无线接入和组建，是维持路由器和终端节点之间的数据通信的关键。在田间固定放置协调器节点会浪费大量的资源，若动态地测量田间任意位置的数据，把协调器作为移动设备动态地测量数据则是最好的选择，并且可以减少田间协调器的放置，降低设计难度的成本。
2 嵌入式Linux驱动开发环境的搭建
　Linux操作系统环境的搭建如图2所示。
   
   2.1 Bootloader的移植
　Bootloader是操作系统内核运行之前运行的一小段程序，它为加载内核提供合适的硬件环境。Bootloader分成Stage1和Stage2两个阶段，具体实现框图如图3所示。